變頻器應用維護保養和故障處理
張家口市清海電氣設備有限公司   2009-07-07 16:40:55 作者:SystemMaster 來源:清海電氣 文字大小:[][][]

由于變頻器能適應生產工藝的多方面要求,尤其是在工業自動化控制應用上,交流變頻調速技術已經上升為工業自動化控制的主流。交流調速系統的性能已經可以和直流調速系統相匹敵,甚至可以超過直流系統。它采用的全數字控制方式,使信息處理能力大幅度地增強。同時它將實用經驗和技巧不斷地融入軟件功能中,采用模擬控制方式無法實現的復雜控制在今天都已成為可能,使變頻器的可靠性、可使用性、可維護性功能得以充實。由于變頻器具有調速性能好、調速范圍寬和運行效率高,使用操作方便,且宜于同其它設備接口等一系列優點,所以應用越來越廣泛。多年來,我們在生產實際應用中不斷學習,積累了一些變頻器的維護保養和維修的經驗。

    2、維護保養

    由于電力電子技術和微電子技術的快速發展,變頻器改型換代速度也比較快,不斷推出新型產品,性能不斷提高,功能不斷充實、增強。現在國內市場銷售的變頻器品牌比較多,如Danfoss、ABB、SIEMENS、GE、Schneider等等,國產變頻器品牌比較多,雖然種類繁多,但功能及使用上卻基本類似。總的來講,其使用、維護保養及故障處理方法是基本相同的。在實際應用中,變頻器受周圍的溫度、濕度、振動、粉塵、腐蝕性氣體等環境條件的影響,其性能會有一些變化。如使用合理、維護得當,則能延長使用壽命,并減少因突然故障造成的生產損失。如果使用不當,維護保養工作跟不上去,就會出現運行故障,導致變頻器不能正常工作,甚至造成變頻器過早的損壞,而影響生產設備的正常運行。因此日常維護與定期檢查是必不可少的。

    2.1日常維護與檢查

    對于連續運行的變頻器,可以從外部目視檢查運行狀態。定期對變頻器進行巡視檢查,檢查變頻器運行時是否有異常現象。通常應作如下檢查:

    (1)環境溫度是否正常,要求在-10℃~+40℃范圍內,以25℃左右為好;

    (2)變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數據是否正常;

    (3)顯示面板上顯示的字符是否清楚,是否缺少字符;

    (4)用測溫儀器檢測變頻器是否過熱,是否有異味;

    (5)變頻器風扇運轉是否正常,有無異常,散熱風道是否通暢;

    (6)變頻器運行中是否有故障報警顯示;

    (7)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過最大值。極限是418V(380V×1.1),如果主電路外加輸入電壓超過極限,即使變頻器沒運行,也會對變頻器線路板造成損壞。

    2.2定期檢查

    利用每年一次的大修時間,將檢查重點放在變頻器日常運行時無法巡視到的部位。

    (1)作定期檢查時,操作前必須切斷電源,變頻器停電后待操作面板電源指示燈熄滅后,等待4min(變頻器的容量越大,等待時間越長,最長為15min)使得主電路直流濾波電容器充分放電,用萬用表確認電容器放電完后,再進行操作。

   (2)將變頻器控制板、主板拆下,用毛刷、吸塵器清掃變頻器線路板及內部IGBT模塊、輸入輸出電抗器等部位。線路板臟污的地方,應用棉布沾上酒精或中性化學劑擦除。

    (3)檢查變頻器內部導線絕緣是否有腐蝕過熱的痕跡及變色或破損等,如發現應及時進行處理或更換。

    (4)變頻器由于振動、溫度變化等影響,螺絲等緊固部件往往松動,應將所有螺絲全部緊固一遍。

    (5)檢查輸入輸出電抗器、變壓器等是否過熱,變色燒焦或有異味。

    (6)檢查中間直流回路濾波電解電容器小凸肩(安全閥)是否脹出,外表面是否有裂紋、漏液、膨脹等。一般情況下濾波電容器使用周期大約為5年,檢查周期最長為一年,接近壽命時,檢查周期最好為半年。電容器的容量可用數字電容表測量,當容量下降到額定容量的80%以下時,應予更換。

    (7)檢查冷卻風扇運行是否完好,如有問題則應進行更換。冷卻風扇的壽命受限于軸承,根據變頻器運行情況需要2-3年更換一次風扇或軸承。檢查時如發現異常聲音、異常振動,同樣需要更換。

    (8)檢查變頻器絕緣電阻是否在正常范圍內(所有端子與接地端子),注意不能用兆歐表對線路板進行測量,否則會損壞線路板的電子元器件。

    (9)將變頻器的R、S、T端子和電源端電纜斷開,U、V、W端子和電機端電纜斷開,用兆歐表測量電纜每相導線之間以及每相導線與保護接地之間的絕緣電阻是否符合要求,正常時應大于1MΩ。

    (10)變頻器在檢修完畢投入運行前,應帶電機空載試運行幾分鐘,并校對電機的旋轉方向。

    2.3變頻器本身的保護:

    變頻器本身具有各種保護功能,如:負載側接地保護、短路保護、電流限制、逆變器過熱、過載等,其自診斷功能、報警警告功能也特別完善。了解這些功能對于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的。

3、故障判斷及處理

    我公司Danfoss變頻器在使用中因受環境條件等因素的影響而陸續出現一些故障現象,在維修過程中,筆者積累了一些故障判斷和處理經驗。

    下面以Danfoss變頻器為例作一介紹:當變頻器出現故障時,保護功能動作,變頻器立即跳閘,電機由運行狀態到停止,報警指示紅色發光二極管變亮,液晶顯示部分提示報警信息代碼或故障內容。這時可以根據信息代碼來分析判斷變頻器的故障范圍,如果是軟性故障,可將變頻器進行斷電復位。如還不能恢復正常,只能采用手動或自動初始化,初始化正常后按照參數表重新將數據輸入設定。這樣,變頻器就可以在故障較輕的情況下恢復正常使用。若經以上操作后變頻器仍不正常,就要根據故障現象來檢查變頻器損壞的部位,更換元器件或電路板。故障查找時必須按變頻器的提示順序進行。例如:

    (1)故障代碼36,提示為主電源故障,則三相整流橋模塊可能擊穿短路或開路。

    (2)故障代碼14,提示接地故障,可用兆歐表檢查電機繞組、查看電纜絕緣是否損壞。

    (3)故障代碼37,提示逆變器故障,則IGBT模塊可能擊穿短路。IGBT模塊短路,主回路熔斷器也將熔斷。當IGBT模塊某一相門極損壞時,變頻器會出現過流保護現象,這時應對IGBT模塊進行檢查。

    變頻器運行時,如頻繁出現限流報警或過流保護,應檢查負載部分以及變頻器IGBT模塊是否正常,如正常,則此故障為變頻器主板霍爾磁補償式電流傳感器損壞。霍爾磁補償式電流傳感器是一種測量正弦與非正弦周期量的電流值,能真實反映電流的波形,給變頻器提供一個控制與保護信號。變頻器上使用的該元件大部分為瑞士LEM公司LA系列的產品,其LA系列霍爾磁補償式電流傳感器可分為三端引出腳和五端引出腳兩種。變頻器容量不同,主板上LA系列霍爾磁補償式電流傳感器規格也不相同。

    生產運行表明,粘膠纖維生產現場含硫化氫的腐蝕性氣體會給變頻器電路板的電子元器件帶來相當大的危害,我們通過給電氣控制室送正壓新鮮風來改善環境條件,并采用樂泰電子線路板用噴涂膠,對變頻器線路板表面作防腐涂層處理,有效地降低了變頻器的故障率,提高了使用壽命。

    電子元器件對靜電是非常敏感的,如被靜電放電破壞后,將造成電子元器件軟擊穿,軟擊穿會導致線路板無法正常工作。所以在更換線路板時必須注意,一定要確保工作之前戴好接地手環,將腕帶直接接地,確保人體處于零電位,以防止人體的靜電對線路板造成損壞。如沒有接地手環,在更換線路板時可用手摸一下變頻器金屬外殼,使人體的靜電通過變頻器外殼放掉(其金屬外殼導靜電)。為確保變頻器線路板備件的安全,在保管期間,應放在有防靜電材料的袋中存放。

    4、元器件好壞的簡易測試法

    在維修過程中,根據故障情況要用萬用表來檢測電子元器件的好壞,如測量方法不正確就很可能導致誤判斷,這將給維修工作造成困難,甚至造成不必要的經濟損失。測量方法分為元器件測試和線路板在路測試兩種方式。在路測試:斷開變頻器電源,在不拆動線路板元器件的條件下,測量線路板上的元器件。對于元器件擊穿、短路、開路性故障,這種檢測方法可以方便快捷的查找出損壞的元器件,但還應考慮線路板上所測元器件與其并聯的元器件對測量結果所產生的影響,以免造成誤判斷錯誤。下面介紹元器件好壞的判斷方法:

    4.1普通二極管的檢測

    用MF47型萬用表測量,將紅、黑表筆分別接在二極管的兩端,讀取讀數,再將表筆對調測量。根據兩次測量結果判斷,通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300-500Ω,硅二極管約為1kΩ或更大些。鍺管反相電阻為幾十千歐,硅管反向電阻在500kΩ以上(大功率二極管的數值要小的多)。好的二極管正向電阻較低,反向電阻較大,正反向電阻差值越大越好。如果測得正、反向電阻很小均接近于零,說明二極管內部已短路;若正、反向電阻很大或趨于無窮大,則說明管子內部已斷路。在這兩種情況下二極管就需報廢。

    在路測試:測試二極管PN結正反向電阻,比較容易判斷出二極管是擊穿短路還是斷路。4.2三極管檢測

    將數字萬用表撥到二極管檔,用表筆測PN結,如果正向導通,則顯示的數字即為PN結的正向壓降。

先確定集電極和發射極;用表筆測出兩個PN結的正向壓降,壓降大的是發射極e,壓降小的是集電極c。在測試兩個結時,紅表筆接的是公共極,則被測三極管為NPN型,且紅表筆所接為基極b;如果黑表筆接的是公共極,則被測三極管是PNP型,且此極為基極b。三極管損壞后PN結有擊穿短路和開路兩種情況。
    在路測試:在路測試三極管,實際上是通過測試PN結的正、反向電阻,來達到判斷三極管是否損壞。支路電阻大于PN結正向電阻,正常時所測得正、反向電阻應有明顯區別,否則PN結損壞了。支路電阻小于PN結正向電阻時,應將支路斷開,否則就無法判斷三極管的好壞。

    4.3三相整流橋模塊檢測

    以SEMIKRON(西門子)整流橋模塊為例,如附圖所示。將數字萬用表撥到二極管測試檔,黑表筆接COM,紅表筆接VΩ,用紅、黑兩表筆先后測3、4、5相與2、1極之間的正反向二極管特性,來檢查判斷整流橋是否完好。所測的正反向特性相差越大越好;如正反向為零,說明所檢測的一相已被擊穿短路;如正反向均為無窮大,說明所檢測的一相已經斷路。整流橋模塊只要有一相損壞,就應更換。

    4.4逆變器IGBT模塊檢測

    將數字萬用表撥到二極管測試檔,測試IGBT模塊C1.E1、C2.E2之間以及柵極G與E1、E2之間正反向二極管特性,來判斷IGBT模塊是否完好。

    以德國eupec25A/1200V六相IGBT模塊為例,(參見附圖)。將負載側U、V、W相的導線拆除,使用二極管測試檔,紅表筆接P(集電極C1),黑表筆依次測U、V、W(發射極E1),萬用表顯示數值為最大;將表筆反過來,黑表筆接P,紅表筆測U、V、W,萬用表顯示數值為400左右。再將紅表筆接N(發射極E2),黑表筆測U、V、W,萬用表顯示數值為400左右;黑表筆接N,紅表筆測U、V、W(集電極C2),萬用表顯示數值為最大。各相之間的正反向特性應相同,若出現差別說明IGBT模塊性能變差,應予更換。IGBT模塊損壞時,只有擊穿短路情況出現。

    紅、黑兩表筆分別測柵極G與發射極E之間的正反向特性,萬用表兩次所測的數值都為最大,這時可判定IGBT模塊門極正常。如果有數值顯示,則門極性能變差,此模塊應更換。當正反向測試結果為零時,說明所檢測的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時電路板保護門極的穩壓管也將擊穿損壞。

    4.5電解電容器的檢測

    用MF47型萬用表測量時,應針對不同容量的電解電容器選用萬用表合適的量程。根據經驗,一般情況下,47μF以下的電解電容器可用R×1K檔測量,大于47μF的電解電容器可用R×100檔測量。

    將萬用表紅表筆接電容器負極,黑表筆接正極,在剛接觸的瞬間,萬用表指針即向右偏轉較大幅度,接著逐漸向左回轉,直到停在某一位置(返回無窮大位置)。此時的阻值便是電解電容器的正向漏電阻。此值越大,說明漏電流越小,電容器性能越好。然后,將紅、黑表筆對調,萬用表指針將重復上述擺動現象。但此時所測阻值為電解電容器的反相漏電阻,此值略小于正向漏電阻。即反相漏電流比正向漏電流要大。實際使用經驗表明,電解電容器的漏電阻一般應在幾百千歐以上,否則將不能正常工作。

在測試中,若正向、反相均無充電現象,即表針不動,則說明電容器容量消失或內部短路;如果所測阻值很小或為零,說明電容器漏電大或已擊穿損壞,不能再使用。
    在路測試:在路測試電解電容器只宜檢查嚴重漏電或擊穿的故障,輕微漏電或小容量電解電容器測試的準確性很差。在路測試還應考慮其它元器件對測試的影響,否則讀出的數值就不準確,會影響正常判斷。電解電容器還可以用電容表來檢測兩端之間的電容值,以判斷電解電容器的好壞。

    4.6電感器和變壓器簡易測試

    (1)電感器的測試

    用MF47型萬用表電阻檔測試電感器阻值的大小。若被測電感器的阻值為零,說明電感器內部繞組有短路故障。注意操作時一定要將萬用表調零,反復測試幾次。若被測電感器阻值為無窮大,說明電感器的繞組或引出腳與繞組接點處發生了斷路故障。

    (2)變壓器的簡易測試

    絕緣性能測試:用萬用表電阻檔R×10K分別測量鐵心與一次繞組、一次繞組與二次繞組、鐵心與二次繞組之間的電阻值,應均為無窮大。否則說明變壓器絕緣性能不良。

    測量繞組通斷:用萬用表R×1檔,分別測量變壓器一次、二次各個繞組間的電阻值,一般一次繞組阻值應為幾十歐至幾百歐,變壓器功率越小電阻值越大;二次繞組電阻值一般為幾歐至幾百歐,如某一組的電阻值為無窮大,則該組有斷路故障

    注意:這種測量方法只是一種比較粗略的估測,有些繞組匝間絕緣輕微短路的變壓器是檢測不準的。

    4.7電阻器的阻值簡易測試

    在路測量電阻時要切斷線路板電源,要考慮電路中的其它元器件對電阻值的影響。如果電路中接有電容器,還必須將電容器放電。萬用表表針應指在標度尺的中心部分,讀數才準確。

    4.8貼片式元器件

    (1)貼片式元器件種類

    變頻器電子線路板現在大部分采用貼片式元器件也稱為表面組裝元器件,它是一種無引線或引線很短的適于表面組裝的微小型電子元器件。貼片式元器件品種規格很多,按形狀分可分為矩形、圓柱形和異形結構。按類型可分為片式電阻器、片式電容器、片式電感器、片式半導體器件(可分為片式二極管和片式三極管)、片式集成電路。

    (2)貼片式元器件的拆、焊

    用35W內熱式電烙鐵,配長壽命耐氧化尖烙鐵頭。將烙鐵頭上粘的殘留物擦干凈,僅剩有一層薄薄的焊錫。兩端器件的貼片式元器件拆卸、焊接操作比較容易。貼片式集成電路引腳細且多、引腳間距小,周圍元器件排列緊湊,拆裝不易。它們的拆卸和焊接,在沒有專用工具的條件下是有一定難度的,在此著重介紹貼片式集成電路的拆卸、焊接操作。

    (3)拆卸方法

    如已判斷出集成電路塊損壞,用裁紙刀將引腳齊根切斷,取下集成電路塊。注意切割時刀頭不要切到線路板上。然后,用鑷子夾住斷腳,用尖頭烙鐵溶化斷腳上的焊錫,將斷腳逐一取下。

    (4)焊接方法

    焊接前,先用酒精將拆掉集成電路塊的線路板銅萡上的多余焊錫及臟東西清理干凈,將集成電路塊的引腳涂上酒精松香水,并將引腳搪上一層薄錫。然后,核對好集成電路引腳位置,將集成電路塊放在待焊的線路板上,輕壓集成電路塊,用電烙鐵先焊集成電路塊四個角上的引腳,將集成電路塊固定好,再逐一對其它各引腳進行焊接。為了保證焊接質量,焊接時,最好使用細一些的焊錫絲,如0.6㎜焊錫絲,焊出來的效果好一些。

    5、結束語

    變頻器的維修工作是一項理論知識、實踐經驗與操作水平的結合的工作,其技術水平代表著變頻器的維修質量。所以我們要經常閱讀一些有關的書報雜志,不斷了解這些電子元器件所具備的功能和特點,開拓思路,給維修工作以啟迪,并將這些學到的知識應用于實際工作中,解決一些維修過程中無法解決的問題,以使自已的技術水平不斷提高。

 


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